Tiểu luận Tổng quan về ô nhiễm Sắt và Mangan trong nguồn nước, công nghệ xử lý phục vụ cấp nước

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .4

1. Tổng quan . 5

1.1. Trạng thái tồn tại của sắt và mangan trong các nguồn nước tự nhiên .5

1.2. Tác hại của sắt và mangan tới sức khỏe con người và vấn đề loại bỏ sắt và mangan trong phục vụ cấp nước . 7

2. Đặc trưng nguồn nước nhiễm sắt, mangan và tiêu chí lựa chọn phương pháp xử lý . . . . .7

2.1. Đặc trưng nguồn nước nhiễm sắt, mangan .7

2.1.1. Sắt 7

2.1.2. Mangan 9

2.2 Các tiêu chí lựa chọn phương pháp xử lý nước nhiễm sắt và mangan .9

3. Các phương pháp loại bỏ sắt và mangan trong nước ngầm để phục vụ nước cấp . . .10

3.1. Phương pháp làm thoáng 10

3.1.1. Nguyên lý cơ bản của phương pháp làm thoáng và các cách làm thoáng .10

3.1.2. Sử dụng giàn mưa hay quạt gió . . 11

3.1.3. Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc . . .11

3.1.4. Làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên . . 12

3.1.5. Làm thoáng cưỡng bức (giàn mưa có quạt gió và có áp lực đẩy nước).12

3.1.6. Các yếu tố ảnh hưởng 13

3.2. Khử sắt và mangan bằng hoá chất .14

3.2.1. Khử sắt và mangan bằng Clo 15

3.2.2. Khử sắt và mangan bằng Kali Permanganat (KMnO4) .15

3.2.3. Biện pháp khử sắt bằng H2O2 15

3.2.4. Biện pháp khử sắt và mangan bằng vôi .15

3.2.5. Trao đổi cation .16

3.2.6. Điện phân .17

3.2.7. Dùng vi sinh vật 18

3.2.8. Ngoài ra còn có một số phương pháp khác .18

3.3. Phương pháp sử dụng vật liệu lọc .19

3.3.1. Cát đen . .19

3.3.2. Cát xanh mangan khử sắt và mangan (MANGANESE GREENSAND).21

3.3.3. Hạt Birm khử sắt .22

3.3.4. Vật liệu đa năng ODM – 2F .23

3.3.5. Cát thạch anh và sỏi đỡ .24

3.3.6. Than hoạt tính .25

4. Một số mô hình xử lý tiêu biểu . .26

4.1. Xử lý nước ngầm có hàm lượng sắt thấp (hàm lượng sắt <10 Mg/L) .26

4.2. Xử lý nước ngầm có hàm lượng sắt cao (hàm lượng sắt > 10 mg/l) 28

5. Kết luận . .31

6. Đánh giá nhóm .32

 

doc34 trang | Chia sẻ: netpro | Ngày: 27/04/2013 | Lượt xem: 5195 | Lượt tải: 53download
Tóm tắt tài liệu Tiểu luận Tổng quan về ô nhiễm Sắt và Mangan trong nguồn nước, công nghệ xử lý phục vụ cấp nước, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
không xảy ra ngay cả khi hàm lượng CO2 và FeCO3 cao nếu có mặt oxi hòa tan. Tuy nhiên trong điều kiện kỵ khí , Fe3+ bị khử thành Fe2+ một cách dễ dàng Mangan tồn tại trong đất chủ yếu dưới dạng MnO2, rất ít tan trong nước có chứa CO2. Trong điều kiện kỵ khí, MnO2 bị khử thành Mn2+ Fe và Mn tồn tại trong nguồn nước do sự thay đổi điều kiện môi trường dưới tác dụng của các phản ứng sinh học xảy ra trong các trường hợp sau: Nước ngầm chứa một lượng đáng kể Fe hoặc Mn hoặc cả Fe và Mn sẽ không chứa oxi hòa tan và có hàm lượng CO2 cao. Fe và Mn tồn tại dưới dạng Fe2+ và Mn 2+.Hàm lượng CO2 cao chứng tỏ quá trình oxi hóa các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật đã xảy ra và nồng độ oxi hòa tan bằng không, chứng tỏ điều kiện kỵ khí đã hình thành. Giếng nước chất lượng tốt có hàm lượng Fe và Mn thấp. Nếu sau đó chất lượng nước giảm đi, chứng tỏ chất thải hữu cơ thải ra mặt đất ở khu vực gần giếng nước đã tạo ra môi trường kỵ khí trong lớp đất. Trên cơ sở nhiệt động học , Mn4+ và Fe3+ là trạng thái oxi hóa bền nhất của Fe và Mn trong các nguồn nước chứa oxy. Do đó, chúng có thể bị khử thành Mn2+ và Fe2+ hòa tan chỉ trong môi trường kỵ khí. Những nghiên cứu gần đây cho thấy rằng một số vi sinh vật có khả năng sử dụng Fe(III) và Mn(IV) làm chất nhận điện tử do quá trình trao đổi chất dưới điều kiện kỵ khí dẫn đến sự hình thành các dạng khử Fe(II) và Mn(II). Như vậy, vi sinh vật không chỉ tạo ra môi trường kỵ khí cần thiết cho quá trình khử mà còn có khả năng khử trực tiếp Fe và Mn. Quá trình oxy hóa pyrit sắt (FeS2) không tan cũng là nguyên nhân tạo ra môi trường kỵ khí và sự hình thành sulfat sắt hòa tan: 2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2 Fe2+ + 4SO42- + 4H+ Nước tại các điểm khai thác nước ngầm khác nhau, có màu vàng nâu, vàng và đục hoặc có khi trắng đục như sữa Tác hại của sắt và mangan tới sức khỏe con người và vấn đề loại bỏ sắt và mangan trong phục vụ cấp nước Nước chứa sắt và mangan không ảnh hường đến sức khỏe con người . Những nguồn nước này khi tiếp xúc với oxi không khí trở nên đục và tạo cảm quan không tốt đối với người sử dụng, do sự oxi hóa Fe2+ và Mn2+ thành Fe3+ và Mn4+, tồn tại dưới dạng kết tủa keo. Tốc độ oxy hóa chậm và các dạng khử có thể tồn tại trong nước đã sục khí trong một khoảng thời gian nhất định. Điều này đặc biệt đúng khi pH < 6 đối với quá trình oxy hóa sắt và pH < 9 đối với quá trình oxy hóa mangan. Thêm vào đó, sắt và mangan có thể tạo thành phức bền với các hợp chất humic trong nước. Tốc độ oxy hóa gia tăng dưới tác dụng của một số chất xúc tác vô cơ hoặc do hoạt động của các vi sinh vật. Sắt và mangan có mặt trong nước sẽ làm vàng ố quần áo,ảnh hưởng đến hệ thống cấp nước do sự phát triển của vi khuẩn oxy hóa sắt. Sắt cũng gây mùi tanh cho nguồn nước dù nồng độ rất nhỏ.Do đó tiêu chuẩn đối với nước cấp là < 0,3 mg Fe/L và < 0,05 mg Mn/L( U.S.Environmetal Protection Agency) Đặc trưng nguồn nước nhiễm sắt, mangan và tiêu chí lựa chọn phương pháp xử lý Đặc trưng nguồn nước nhiễm sắt, mangan Sắt Sắt có mặt cả trong nước mặt và nước ngầm. Hàm lượng sắt trong nước tự nhiên rất dao động, tùy thuộc vào nguồn nước cũng như thành phần địa chất khu vực dòng nước chảy qua. Ngoài ra, tùy thuộc vào độ pH và sự có mặt của một số chất như cacbonat, CO2, O2, các chất hữu cơ tan trong nước, chúng sẽ oxy hóa hay khử sắt và làm cho sắt có thể tồn tại ở dạng tan hay kết tủa. Trong nước mặt, do ion sắt hai dễ bị oxy hóa, nên sắt thường tồn tại ở dạng Fe3+, thường là Fe(OH)3 dưới dạng keo hữu cơ, cặn huyền phù…, và có thể dế dàng được loại bỏ cùng với độ đục. Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại dưới dạng Fe2+ trong các muối hòa tan: Fe(HCO3)2, FeSO4. Đôi khi tồn tại cả dưới dạng keo của axit humic, funvic hoặc keo silic. Hàm lượng sắt có trong các nguồn nước ngầm thường cao và phân bố không đồng đều, phụ thuộc vào các lớp trầm tích dưới đất sâu nơi dòng nước chay qua. Khi tiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hóa, ion Fe2+ bị oxy hóa thành ion Fe3+ và kết tủa thành các bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ. Các hợp chất vô cơ của ion sắt hoá trị II: FeS, Fe(OH)2, FeCO3, Fe(HCO3)2, FeSO4, v.v… Các hợp chất vô cơ của ion sắt hoá trị III: Fe(OH)3, FeCl3 … Các phức chất vô cơ của ion sắt với silicat, photphat Các phức chất hữu cơ của ion sắt với axit humic, funvic,… Các ion sắt hoà tan Fe(OH)+, Fe(OH)3 tồn tại tuỳ thuộc vào giá trị thế oxy hoá khử và pH của môi trường. Trong đó Fe(OH)3 là chất keo tụ, dễ dàng lắng đọng trong các bể lắng và bể lọc. Vì thế các hợp chất vô cơ của sắt hoà tan trong nước hoàn toàn có thể xử lý bằng phương pháp lý học: làm thoáng lấy oxy của không khí để oxy hoá sắt hoá trị II thành sắt hoá trị III và cho quá trình thuỷ phân, keo tụ Fe(OH)3 xảy ra hoàn toàn trong các bể lắng, bể lọc tiếp xúc và các bể lọc. Trong khi đó, các loại phức chất và hỗn hợp các ion hoà tan của sắt không thể khử bằng phương pháp lý học thông thường, mà phải kết hợp với phương pháp hoá học. Muốn khử sắt ở dạng này phải cho thêm vào nước các chất oxy hoá như: Cl-, KMnO4, Ozone, để phá vỡ liên kết và oxy hoá ion sắt II thành ion hoá trị III hoặc cho vào nước các chất keo tụ FeCl3 , Al(SO4)3 và tiến hành kiềm hoá để có giá trị pH thích hợp cho quá trình đông keo tụ các loại keo sắt và phèn xảy ra triệt để trong các bể lắng, bể lọc tiếp xúc và bể lọc trong. Mặc dù sắt không gây độc hại cho cơ thế, tuy nhiên nước có hàm lượng sắt cao hơn 0,5mg/l thường có mùi tanh khó chịu, chứa nhiều cặn bẩn màu vàng (kết tủa hydroxyt sắt 3), nước thường đục, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước ăn uống, sinh hoạt, sản xuất: làm ố vàng quần áo khi giặt, làm hỏng sản phẩm của các ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp…các cặn sắt kết tủa có thể làm tắc hoặc làm giảm khả năng vận chuyển của các ống dẫn nước. Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng sắt nhỏ hơn 0,5 mg/l. Mangan Mangan thường tồn tại trong nước cùng với sắt nhưng ở với hàm lượng ít hơn. Nước có chứa mangan thường tạo ra lớp cặn màu đen đóng bám vào thành và đáy bồn chứa.  Trong nước, mangan tồn tại dưới dạng các muối tan của clorua, sunfat, nitrat. Hàm lượng mangan trong nước tự nhiên trung bình là 0,58mg/l, hàm lượng này còn phụ thuộc vào nguồn nước và địa chất các khu vực nước chảy qua. Mangan có độc tính rất thấp và không gây ung thư. Ở hàm lượng cao hơn 0,15mg/l có thể tạo ra vị khó chịu, làm hoen ố quần áo. Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng mangan nhỏ hơn 0,5mg/l. Các tiêu chí lựa chọn phương pháp xử lý nước nhiễm sắt và mangan Xử lý sắt và mangan luôn là ưu tiên hàng đầu trong xử lý nước ngầm làm nước sạch cung cấp cho cộng đồng dân cư. Không chỉ ở quy mô công nghiệp, hay nhà máy xử lý nước lớn, vấn đề này từ lâu đã được ông cha ta đặc biệt quan tâm trong xử lý nước ở quy mô hộ gia đình với các bể lọc đơn giản. Việc lựa chọn một hay một nhóm các phương pháp để loại sắt và mangan ra khỏi nước phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính, thành phần, hàm lượng các chất có trong nguồn nước ngầm cần xử lý cũng như mục đích sử dụng của nước sau xử lý (để cấp cho sinh hoạt hay cọ rửa, sản xuất,…), khả năng tài chính… Các phương pháp được chọn dùng phải đảm bảo tối ưu nhất trong phạm vy có thể không những về phương diện kỹ thuật mà còn cả về khía cạnh kinh tế. Do đó, trước khi quyết định sử dụng phương pháp nào, các nguồn nước thường được lấy mẫu để xét nghiệm thành phần và sau đó là tiến hành thử nghiệm hiệu quả của các phương pháp ở quy mô nhỏ trước khi áp dụng vào thực tế. Các phương pháp loại bỏ sắt và mangan trong nước ngầm trong khai thác, xử lý phục vụ cấp nước Phương pháp làm thoáng Nguyên lý cơ bản của phương pháp làm thoáng và các cách làm thoáng khác nhau Nguyên lý của phương pháp làm thoáng để loại bỏ sắt và mangan ra khỏi nước là làm giàu oxi, tạo điều kiện để oxi hóa Fe(II) thành Fe(III) rồi phân hủy tạo thành hợp chất ít tan sắt hidroxit Fe(OH)3 và Mn(II) thành Mn(IV) kết tủa. Quá trình oxi hóa diễn ra như sau: Trong quá trình làm thoáng nước , oxi được đưa vào sẽ oxi hóa 1 số hợp chất hữu cơ, đẩy CO2 ra, làm cho pH của nước tăng đẩy nhanh quá trình oxy hoá và thuỷ phân sắt và mangan trong dây chuyền công nghệ khử sắt và mangan. Oxi hóa Fe(II) và Mn(II) theo phương trình sau: + Đối với Fe: Trong nước có oxy hoà tan, sắt (II) hyđroxyt sẽ bị oxy hoá thành sắt (III) hyđroxyt theo phản ứng: 4Fe2+ + 8OH- + O2 +2H2O = 4Fe(OH)3 ↓ + 8H+ Sắt (III) hyđroxyt trong nước kết tủa thành bông cặn màu vàng và có thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng nhờ quá trình lắng lọc. Đặc biệt, trong nước ngầm, với sự có mặt của anion HCO3- nên có phản ứng sau: H+ + HCO3- == H2O + CO2 Kết hợp các phản ứng trên ta có phản ứng chung của quá trình oxy hoá sắt như sau: 4Fe2+ + 8HCO3- + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 ↓ + 8CO2 (pH tối ưu cho quá trình này là 9) + Đối với Mn: tương tự như Fe, oxi hóa Mn diễn ra theo phương trình sau: 2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O = 2Mn(OH)4↓ + 4H+ + 4HCO3- (pH tối ưu cho quá trình này là =8.5-9.5) Sử dụng giàn mưa hay quạt gió Có nhiều biện pháp làm thoáng, nhưng biện pháp thông dụng nhất là cho nước chảy qua các tấm đục lỗ thành tia như mưa (giàn mưa). Khi nước bị xé nhò thành tia như vậy thì nó tiếp xúc với không khí nhiều hơn và dễ dàng loại bỏ các khí không cần thiết và hòa tan oxy. Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc Nước cần khử sắt được làm thoáng bằng giàn phun mưa ngay trên bề mặt lọc. Chiều cao giàn phun thường lấy cao khoảng 0,7m, lỗ phun có đường kính từ 5-7mm, lưu lượng tưới vào khoảng 10 m3/m2.h. Lượng ôxy hoà tan trong nước sau khi làm thoáng ở nhiệt độ 250oC lấy bằng 40% lượng ôxy hoà tan bão hoà (ở 250C lượng ôxy bão hoà bằng 8,1 mg/l). Làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên Nước cần làm thoáng được tưới lên giàn làm thoáng một bậc hay nhiều bậc với các sàn rải xỉ hoặc tre gỗ. Lưu lượng tưới và chiều cao tháp cũng lấy như trường hợp trên. Lượng ôxy hoà tan sau làm thoáng bằng 55% lượng ôxy hoà tan bão hoà. Làm thoáng cưỡng bức (giàn mưa có quạt gió và có áp lực đẩy nước) Cũng có thể dùng tháp làm thoáng cưỡng bức với lưu lượng tưới từ 30 đến 40 m3/h. Lượng không khí tiếp xúc lấy từ 4 đến 6 m3 cho 1m3 nước. Lượng ôxy hoà tan sau làm thoáng bằng 70% hàm lượng ôxy hoà tan bão hoà. Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm 75%. Các yếu tố ảnh hưởng - pH: Nếu coi phương trình (*) là xuất phát điểm, vì vậy phương trình động học của phản ứng oxi hóa Fe(II) có dạng: = -kO2. [O2]at. [OH-]2. [Fe2+] Từ phương trình, ta thấy vận tốc oxi hóa Fe(II) tỉ lệ thuận với lượng Fe(II) trong nước, nhưng tỉ lệ thuận với bình phương [OH-]. Như vậy, pH là quan trọng nhất. Những kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng oxi hóa của Fe(II) chỉ ra rằng: pH thấp hơn 6.6 phản ứng xảy ra rất chậm. từ pH từ 6.8 trở lên phản ứng có thể hoàn thành trong thời gian nhỏ hơn 60 phút (đối với Fe tối ưu là 9 và Mn tối ưu là là 8.5 đến 9.5). Vì vậy, trong thực tế, nếu pH chưa đạt thì người ta thường tăng độ kiềm của nước bằng vôi hoặc soda trước khi đưa vào bộ phận làm thoáng. - Nhiệt độ của môi trường, nhiệt độ tăng lợi cho quá trình khử khí ra khỏi nước - Thời gian tiếp xúc giữa 2 pha khí nước trong công trình, thời gian tiếp xúc càng lớn mức độ trao đổi càng triệt để. - Diện tích tiếp xúc giữa 2 pha khí và nước, diện tích tiếp xúc càng lớn, quá trình trao đổi khí diễn ra càng nhanh - Hàm lượng O2 - Hàm lượng sắt - Hàm lượng H2S, NH3 và các chất bẩn hữu cơ: Qui phạm H2S < 0.2 mg/l, NH4+ < 0.1 mg/l. Khử sắt và mangan bằng hoá chất So sánh với phương pháp khử sắt và mangan bằng làm thoáng ta thấy, dùng chất oxy hóa mạnh, phản ứng xảy ra nhanh hơn. Tuy nhiên nếu trong nước có tồn tại các chất như H2S, NH3 thì chúng sẽ gây ảnh hưởng tới quá trình khử do xảy ra phản ứng: 2H2S + O2 = 2S + 2H2O Khi trong nước nguồn có hàm lượng tạp chất hữu cơ cao, các chất hữu cơ sẽ tạo ra dạng keo bảo vệ các ion sắt, như vậy muốn khử sắt phải phá vỡ được màng hữu cơ bảo vệ bằng tác dụng của các chất ôxy hoá mạnh. Đối với nước ngầm, khi làm lượng sắt và mangan quá cao đồng thời tồn tại cả H2S thì lượng ôxy thu được nhờ làm thoáng không đủ để ôxy hoá hết mangan và sắt, trong trường hợp này cần phải dùng đến hoá chất. Khử sắt và mangan bằng Clo Quá trình khử sắt bằng clo được thực hiện nhờ phản ứng sau: 2Fe2+ + Cl2 + 6H2O à 2Fe(OH)3 ↓+ 6H+ + 2Cl- Khử sắt và mangan bằng Kali Permanganat (KMnO4) Khi dùng KMnO4 để khử sắt, quá trình xảy ra rất nhanh vì cặn mangan (IV) hyđroxyt vừa được tạo thành sẽ là nhân tố xúc tác cho quá trình khử. Phản ứng xảy ra theo phương trình sau: 3Fe2+ + MnO4- +5OH- à 3Fe(OH)3↓ + MnO2 3Mn2+ +2 MnO4- +4OH- à5MnO2 ↓ + 2H2O Khử sắt bằng H2O2 2Fe2+ + H2O2 + 4OH- à 2Fe(OH)3↓ Khử sắt và mangan bằng vôi Khi cho vôi vào nước, độ pH của nước tăng lên. Ở điều kiện giàu ion OH-, các ion Fe2+ thuỷ phân nhanh chóng thành Fe(OH)2 và lắng xuống một phần, thế ôxy hoá khử tiêu chuẩn của hệ Fe(OH)2/Fe(OH)3 giảm xuống, do đó sắt (II) dễ dàng chuyển hoá thành sắt (III). Sắt (III) hyđroxyt kết tụ thành bông cặn, lắng trong bể lắng và có thể dễ dàng tách ra khỏi nước. Phương pháp này có thể áp dụng cho cả nước mặt và nước ngầm. Nhược điểm của phương pháp này là phải dùng đến các thiết bị pha chế cồng kềnh, quản lý phức tạp, cho nên thường kết hợp khử sắt với quá trình xử lý khác như xử lý ổn định nước bằng kiềm, làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sôđa. Trao đổi cation Nguyên tắc: cho lớp nước chứa sắt lọc qua lớp lọc vật liệu đặc biệt, các cation của sắt tham gia quá trình trao đổi với các cation có trong thành phần của lớp vật liệu lọc (cationit), được giữ lại trong lớp vật liệu lọc và như vậy nước được làm sạch. Ví dụ khi trong nước có sắt, đi qua lớp vật liệu lọc Kationit Na hoặc H sẽ xảy ra quá trình: 2[K]-Na + Fe(HCO3)2 → [K2]-Fe + 2NaHCO3 2[K]-Na + FeCl2 → [K2]-Fe + 2NaCl 2[K]-Na + FeSO4 → [K2]-Fe + Na2SO4 Các ion Fe2+ thay thế Na+ được giữ lại à xuất hiện một lượng ion dương khác bằng lượng in Fe2+ Sau một thời gian làm việc cần phục hồi khả năng lọc của các cationit bằng cách: NaCl (cho Na-Kationit): [K2]-Fe+ 2NaCl → 2[K]-Na + FeCl2 HCl, H2SO4 (cho H-Kationit): [K2]-Fe + HCl→ 2[K]-H + FeCl2 Đặc điểm: Thường được sử dụng khi kết hợp với quá trình khử cứng. Khi sử dụng thiết bị trao đổi ion để khử sắt, nước ngầm không được tiếp xúc với không khí vì Fe3+ sẽ làm giảm khả năng trao đổi của các ion. Phương pháp này đem lại hiệu quả khử sắt cao, thường sử dụng cho nguồn nước có chứa Fe2+ ở dạng hòa tan và hàm lượng sắt thấp. Tuy nhiên, chi phí khá đắt, nguyên vật liệu phải nhập. Thường xử lý nước kết hợp làm mềm, cấp nước cho khách sạn, bệnh viện,… Điện phân Dùng cực âm bằng sắt, nhôm, Cực dương bằng đồng, bạch kim hay đồng mạ kền. Quá trình xảy ra Dung dịch FeCl2: điện cực bằng đồng Catot (-) Anot (+) Fe2+ + 2e- à Fe Cu - 2e- à Cu2+ 2Cl- - 2e- à Cl Dùng vi sinh vật Từ thực thế quan sát thấy luôn xuất hiện một số loài vi khuẩn sắt trong các công trình khử sắt như bể lọc dù bể lọc được thổi rửa thường xuyên. Một số loài vi sinh vật có khả năng oxy hóa sắt trong điều kiện mà quá trình oxy hóa hóa học xảy ra khó khăn. Các loài vi khuẩn này xúc tiến cho sự oxy hóa và kết tủa nhanh Fe/Mn trong lớp vật liệu lọc – tương đương việc sử dụng chất xúc tác hay chất oxy hóa/ keo tụ bằng hóa học. Lợi dụng đặc điểm đó, chúng ta có thể cấy các mầm khuẩn sắt trong lớp cáy lọc của bể lọc, thông qua hoạt động của các vi khuẩn, sắt được loại ra khỏi nước. Thường sử dụng thiết bị lọc chậm để khử sắt. Tương tự như đối với mangan, cấy một loại vi sinh vật có khả năng hấp thụ mangan trong quá trình sinh trưởng lên bề mặt lớp vật liệu lọc. Xác vi sinh vật sẽ tạo thành lớp màng ôxit mangan trên bề mặt hạt vật liệu lọc. Lớp màng này có tác dụng xúc tác quá trình khử mangan. Hiện nay chưa có một công trình nào hoàn toàn khử sắt bằng vi sinh vật. Ngoài ra còn có một số phương pháp khác như: Điện keo tụ Tuyển nổi Đưa nước đã oxy hóa (làm giàu oxy) vào trong long đất, nhằm khử sắt và mangan ngay trong lòng đất. Phương pháp sử dụng vật liệu lọc Các vật liệu đặc biệt có khả năng xúc tác, đẩy nhanh quá trình ôxy hoá khử Fe2+ thành Fe3+ , Mn2+ thành Mn4+ và giữ lại trong tầng lọc. Quá trình diễn ra rẩt nhanh chóng và có hiệu quả cao. Chúng hoạt động như một chất oxi hóa bề mặt dùng để kết tủa Sắt, Mangan, Hydrogen sulfide. Các chất này bị oxi hóa và tạo thành chất bẩn kết tủa bám vào bề mặt các hạt lọc và sẽ được thải ra ngoài bằng cơ chế rửa ngược. Cát đen Trường hợp dùng xúc tác MnO2 đầu tiên, khi Mn2+ hấp phụ trên MnO2 và bị MnO2 oxi hóa thành Mn3+ dưới dạng Mn2O3 2Mn2+ + 2MnO2 + 4OH- à 2Mn2O3 + 2H2O Bước tiếp theo Mn2O3 không bện rất dễ bị oxi không khí oxi hóa thành MnO2 quay lại tiếp tục phản ứng: 2Mn2O3 +O2 à 4MnO2 Ví dụ trên thị trường đang bán loại sản phẩm TOYOLEX dùng để xử lý Fe và Mn ra khỏi nước Thành phần và tính chất: Kích thước hạt: 0,9-1,2mm. Dạng hạt màu nâu đen, cứng, khô rời, có góc cạnh.         Dung trọng: 1.400 kg/m3. Độ xốp: lớn hơn 65% Ưu điểm:        Không cần sử dụng hóa chất và các thiết bị đi kèm như bình pha hoá chất, bơm định lượng. Không cần tái sinh định kỳ bằng dung dịch Permanganate như Manganese green sand. Vận hành đơn giản. Giá thấp hơn nhiều so với các loại vật liệu nhập ngoại như hạt Pyrolox, Birm hay Manganese green sand. Có thể đưa vào các bể lọc đang sử dụng mà không cần thay đổi cấu trúc bể. Hướng dẫn sử dụng: Phạm vi ứng dụng - pH nước đầu vào ≥ 7,0, thế oxy hóa khử > 700mV (đối với yêu cầu khử mangan). -   Fe < 30 mg/l; Mn < 5mg/l. - Vận tốc lọc: 5-12 m/giờ. Có thể sử dụng trong các bể lọc hở hoặc lọc áp lực. Hướng lọc: từ trên xuống. -  Nếu nguồn nước có độ pH thấp, có thể sử dụng hóa chất để nâng pH nước nguồn trước khi cho qua lớp vật liệu xúc tác . Phía dưới nên bố trí thêm một lớp cát thạch anh để giữ oxyt sắt và mangan, tạo độ trong cho nước. -  Độ dày lớp vật liệu được điều chỉnh theo hàm lượng sắt và mangan có trong nước nguồn nhưng không được nhỏ hơn 300 mm. -   Rửa lọc: khi sử dụng kết hợp với các vật liệu lọc khác có thể tiến hành rửa lọc như trường hợp bể lọc cát thông thường. Cát xanh mangan khử sắt và mangan (MANGANESE GREENSAND) Đóng gói bao 38.5 kg Đặc tính kỹ thuật Lý học Màu                               : đen Tỷ trọng (đóng gói)           : 1.35 -1.36kg/l Cỡ hạt                            : 0.3 – 0.35mm Độ hao mòn                             : 2% Điều kiện họat động Độ pH                          : 6.2 – 8.5 Chiều cao lớp vật liệu       : 700 mm Tốc độ lọc                     : 7.5 – 12 m/h/m2 (hoặc có thể cao hơn : 20- 25m/h/m2) Tốc độ xả rửa                : 25 – 30 m/h/m2 Khỏang trống                 : ≥ 50% lớp vật liệu. Độ trương nở (khi BW)     : 40% lớp vật liệu. Ứng dụng Khử sắt                         : ≤ 15ppm Khử Mangan                   : ≤ 15ppm Khử Sulfua                     : ≤ 5ppm Lưu ý Phải sử dụng thuốc tím (KMnO4) rửa vật liệu trước khi họat động. Có thể cấp: thuốc tím/ Clorin trước khi qua lọc cát mangan. Tái sinh bằng thuốc tím    + nồng độ     : ~ 0.3 – 0.4% + khối lượng : ~ 200mg/lít (vật liệu) + thời gian     : ~ 30 phút. + tốc độ tái sinh      : ~ 2L/h/L + tốc độ rửa chậm   : ~ 8L/h/L- Thời gian tái sinh  1 lít vật liệu có thể vận hành được 38.000Lít nước với nước chỉ nhiễm sắt (1ppm) 1 lít vật liệu có thể vận hành được 25.000Lít nước với nước nhiễm sắt (0.5 và mangan (0.5) 1 lít vật liệu có thể vận hành (hoạt động) được 11.000Lít nước với nước nhiễm sulfua (1ppm) Hạt Birm khử sắt Đóng bao 18.5 kg Đặc tính kỹ thuật Lý học Màu                               : đen Tỷ trọng (đóng gói)           : 0.7- 0.8kg/l Cỡ hạt                            : 0.6-2mm Điều kiện họat động Độ pH                          : 6.8 – 9.0 Chiều cao lớp vật liệu       : 700- 900mm Tốc độ lọc                     : 8.55 – 12m/h/m2 (hoặc có thể cao hơn) Tốc độ xả rửa                : 20 – 30 m/h/m2 Khoảng trống                : ≥ 50% lớp vật liệu. Độ trương nở (khi BW)     : 20-40% lớp vật liệu. Chất bẩn hữu cơ             : ≤ 4 - 5ppm Lượng oxy hòa tan (D.O) : ≥ 15%  nồng độ Fe . Nồng  độ Clo tự do          : < 0.5ppm Dầu và H2S                    : 0 Ứng dụng Khử sắt.                        : (≤ 5ppm) Vật liệu đa năng ODM – 2F Đóng bao 40kg Xuất xứ : Nhập khẩu từ OKPUR (CHLB Nga) Đặc điểm : dạng hạt 0.8 - 2.0 mm Công dụng : khử sắt, mangan, arsen, ổn định pH, kim loại nặng, dầu mỡ, chất hữu cơ, hợp chất Nitơ và các độc tố,.. Hạn dùng : tối thiểu 5 năm, định kỳ rửa ngược rửa xuôi bằng nước, không cần tái sinh Đơn vị tính : lít Tỷ trọng : 0,65 kg/lít Tác dụng Nâng và ổn định độ pH của nước trong khoảng 6,5-8,0 Có khả năng hấp thu sắt, mangan (giảm hàm lượng Fe £ 30mg/l, Mn £ 5mg/l), ngoài ra có khả năng làm giảm (nitrit, nitrat, amoni , photphat (20-50%) tùy theo tốc độ lọc từ (4-7m3 /giờ)), giảm hàm lượng một số hợp chất hữu cơ như dầu (hấp thu khoảng 90mg dầu/g cát) và các kim loại nặng khác như đồng, kẽm, crom, niken. Ưu điểm Kết hợp nhiều vật liệu lọc trong cùng công đoạn xử lý, đây là cát lọc hoạt hoá không ảnh hưởng đến thành phần chất lượng nước. Giá cả phù hợp, có thể tái sinh trong quá trình sử dụng, nước sử dụng rửa lọc thấp. Cát thạch anh và sỏi đỡ Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị tính Thông số Sỏi đỡ Cát thạch anh Kích thước hạt mm 5 – 10 0,7- 1,2 Tỷ trọng kg/cm3 1,4 -1,55 1,4 -1,55 Chiều dày lớp lót mm 100-250 “ Quy cách đóng bao kg 50 10 hoặc 50 Tác dụng Cát thạch anh được sử dụng để lọc các thành phần lơ lửng có kích thước hạt nhỏ không có khả năng kết tủa khi để lắng tự nhiên. Trong quá trình lọc, trên bề mặt cát thạch anh sẽ tạo ra lớp màng lọc hỗ trợ cho quá trình lọc, đặc biệt khi hydroxít sắt III kết tủa trên bề mặt cát thạch anh sẽ giúp hấp phụ Asen khi nguồn nước có nguy cơ bị nhiễm Asen. Cát thạch anh là tác nhân rất tốt trong việc giữ các kết tủa dạng bông có độ nhớt cao rất khó tách và khó lọc. Ưu điểm Sử dụng cát thạch anh có nhiều ưu điểm: không tham gia phản ứng với các tác nhân hoá học có trong nước và không làm ảnh hưởng đến chất lượng nước. Cát thạch anh có thể sử dụng lâu dài, có thể rửa lọc thường xuyên khi bề mặt lọc lắng cặn thành những lớp dày. Cát thạch anh có kích thước hạt nhỏ, nên có bề mặt riêng lớn nên hiệu quả lọc cao. Sỏi đỡ Cát thạch anh Than hoạt tính Thông số kỹ thuật Độ hấp phụ (Mmol/g) Bề mặt riêng (m2/g) Tổng lỗ xốp (cm3/g) Thể tích lỗ bé (cm3/g) Thể tích lỗ trung (cm3/g) Thể tích lỗ to (cm3/g) Tẩy màu (%) Độ ẩm (%) Độ tro (%) Độ bền (%) 4,11-10,07 800-1800 1,25-1,6 0,34-0,79 0,027-0,102 0,36-0,79 42-75 5-8 5 (Max) >96 (Bảng 5: Thông số kỹ thuật than hoạt tính) Tác dụng Than hoạt tính là vật liệu vô cơ có khả năng hấp thu rất tốt các hợp chất màu, mùi làm cho nước sau khi lọc trong hơn và không có mùi lạ. Ngoài ra than hoạt tính còn có khả năng hấp thu các hợp chất hữu cơ như dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, các thành phần hữu cơ từ động thực vật phân hủy. Tóm lại than hoạt tính hấp thu rất nhiều hợp chất độc hại đến sức khoẻ con người, nên than hoạt tính được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong xử lý nước sinh hoạt. Ưu điểm Than hoạt tính là vật liệu hấp thu đa năng, không làm thay đổi các tính chất hoá lý của nước, là vật liệu lọc được bán rộng rãi ở thị trường, có giá thành hợp lý và đã sản xuất được ở trong nước. Sau một thời gian sử dụng có thể tái chế để sử dụng lại, không gây ô nhiễm môi trường khi thải loại. Than hoạt tính Một số mô hình xử lý tiêu biểu Xử lý nước ngầm có hàm lượng sắt thấp (hàm lượng sắt <10 Mg/L) Công nghệ xử lý: Làm thoáng đơn giản và lọc Điều kiện áp dụng 1. Tổng hàm lượng sắt: ≤ 10 mg/l 2. Độ màu của nước khi chưa tiếp xúc với không khí <150 3. Hàm lượng SiO22- < 2 mg/l 4. Hàm lượng H2S < 0,5 mg/l 5. Hàm lượng NH4+ < 1 mg/l 6. Nhu cầu oxy = độ oxy hóa + 0,47 H2S + 0,15Fe2+ < 7mg/l 7. pH ≥7 Clorine Sơ đồ công nghệ xử lý chung Nước ngầm Làm thoáng đơn giản Lọc Tiếp xúc khử trùng Bể lắng nước rửa lọc Nước sạch Xả cặn Nước ngầm đựợc bơm lên từ giếng khoan hay giếng đào được đưa vào làm thoáng đơn giản. Có thể dùng máng tràn, giàn mưa, ejector thu khí hay bơm nén khí đ ể làm thoang nước. Quá trình làm thoáng ở đây chủ yếu là cung cấp oxy cho nước. Nước sau khi làm thoáng được lọc qua một lớp vật liệu lọc. Tại bể lọc Fe2+, oxy hòa tan sẽ được tách ra và bám trên bề mặt của các vật liệu lọc, tạo nên màng xúc tác bao gồm các ion oxy, Fe2+, Fe3+. Màng xúc tác sẽ tăng cường quá trình hấp thụ và oxy hóa Fe do xảy ra trong môi trường dị thể. Trong phương pháp này không đòi hỏi phải oxy hóa hoàn toàn Fe2+, thành Fe3+ và keo tụ. Một số sơ đồ công nghệ thường được sử dụng như hình vẽ sau: Hệ thống xử lý nước đơn giản Trạm bơm Ejector thu khí Bể lọc áp lực Van xả khí Ống thu nước sạch Bể lọc Xử lý nước ngầm có hàm lượng sắt cao (hàm lượng sắt > 10 mg/l) Công nghệ xử lý: Làm thoáng - Lắng hoặc lọc tiếp xúc - Lọc trong Điều kiện áp dụng 1. Độ oxy hoá < (Fe2+/28 + 5), mg/l 2. Tổng hàm lượng sắt: >10 mg/l 3. Tổng hàm lượng muối khoáng <1000 mg/l 4. Hàm lượng SiO22- <2 mg/l 5. Hàm lượng H2S <1 mg/l 6. Hàm

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docTổng quan về ô nhiễm Sắt và Mangan trong nguồn nước, công nghệ xử lý phục vụ cấp nước.doc
Tài liệu liên quan